电容式湿敏元件的转换电路
电容式液位传感器及测量原理
d A C ε=电容式液位传感器及测量原理1引言 (1)2电容式液位传感器的结构与测量原理 (1)2.1电容式液位传感器的结构 (1)2.2电容式液位传感器的工作原理 (3)3电容式液位传感器的特点 (6)1引言电容式传感器利用了非电量的变化转化为电容量的变化来实现对物理量的测量。
电容式传感器广泛用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量，并正逐步扩大到压力、差压、液面（料位）、成分含量等方面的测量。
电容式传感器具有以下几个特点：1）机构简单，体积小，分辨力高；2）可实非接触式测量；3）动态效应好。
电容式传感器的固有频率很高，因此动态效应时间短，且其介质耗损小，可使用较高的工作频率，可用于测量高速变化的参数；4）温度稳定性好。
它本身发热量极小；5）能在高温、辐射和强振动等恶劣条件下工作6）电容量小，功率小，输出阻抗高，因此，负载能力差，易受外界抗干扰产生不稳定现象。
2电容式液位传感器的结构与测量原理2.1电容式液位传感器的结构电容式传感器是把被测的非电量转换为自身电容量变化的一种传感器。
这些被测量是用于改变组成电容器的可变参数而实现其转换的。
电容式传感器的基本工作原理可以用最普通的平行极板电容器来说明。
两块相互平行的金属极板，当不考虑其边缘效应（两个极板边缘处的电力线分布不均匀引起电容量的变化）时，其电容量为：（1）公式中 ——电容极板间介质的介电常数；A ——两平行板所覆盖的面积；d ——两平行板之间的距离。
因此只要改变其中的一个参数，就会引起电容量的变化，根据这一电容结构关系可构成变极距电容传感器，变面积型电容传感器和变介质型传感器、用于测量液位的电容式传感器。
是利用容器中的物料为恒定的介电常数时，极间电容正比于液位的原理而构成的，并应用电子学方法测量电容值，从而探测液面位置信息。
特点是液位测量只与电容结构有关，与物料的密度无关根据这一特点，可采用圆筒形结构构成变面积型的液位传感器，这种传感器结构的探头是由这两个电极极板构成，通过气、液或料相介质的高度不同引起极间电容改变来探测物面位置的。
简易电容测试电路(经典)详解
VCC R4 34 10K _LIN Key = C R5 1k A2 50%
RST DIS THR TRI VCC OUT
VCC
5V
35R10 10k
33 2 C4 10nF
CON GND
555_VIRTUAL
R11 10k
C5 100nF 0
单稳态电路
译码数码管显 示
多谐振荡器
提供合适的基
准电压
单元电路设计及说明（电容数字测量仪基本原理）
在数字电路中常使用矩形脉冲作为信号，进 行信息传递，或作为时钟信号用来控制和驱 动电路。本实验是自激多谐振荡器，它是不 需要外加信号触发的矩形波发生器。另一类 是他激多谐振荡器，有单稳态触发器，它需 要在外加触发信号的作用下输出具有一定宽 度的矩形脉冲波；有施密特触发器(整形电 路)，它对外加输入的正弦波等波形进行整 形，使电路输出矩形脉冲波。
23 25 26 27 28 29 30
13 12 11 10 9 15 14
OA OB OC OD OE OF OG
U6 VCC
4511BD_5V
4511BD_5V
~EL ~BI ~LT
~EL ~BI ~LT
OA OB OC OD OE OF OG
13 12 11 10 9 15 14
U7 VCC 5V
闸门电路：NE555构成的单稳态电路 （触发时间为一秒）
右图是人工启动单稳， 定时电阻定时电容位 置分别为图中的Rt和 Ct，也就是电路的结 构特点是：“RT6.2-CT”。
以下为555芯片内部电路图以及单稳态电路 工作波形（图中电容C即为测试电容Cx）
vI t
0
vC
2VCC /3
电容式液位检测的电路方案和详解
电容式液位检测电路方案和详解液体填充在极板之间，等效形成电容，液面浸没的多少会改变电容大小，从而间接反映液位的高低。
图1在测量的导体上我们使用的是吸液探针。
探针是一个空心的导体，具有一定的电容量，当探针接触到液体表面的瞬间，探针对地的电容会突然增加。
通过对电容数值变化检测就可以得知探针是否接触到页面。
图22.信号处理电路图3 液面检测原理图电路总共分为6部分1.方波发生电路2.高通滤波电路3.整流电路4.低通滤波电路5.电压比较器6.电平转换电路3.工作原理由液面检测原理可知，当探针碰到水面的瞬间，输入电容量会发生变化。
NE555产生一个方波，输入电压跟随器的波形为具有一定直流偏置的方波信号，当探针接触的时候，电容瞬间增大改变了方波信号的幅度并由于RC延迟变成了三角波，TEST1端信号变化如图。
图4 TEST1信号变化信号经过精密整流之后变成只有正电压信号，TEST2端信号变化如图。
图5 TEST2信号变化直流信号通过低通滤波器输入到电压比较器；电压跟随器的正向输入端连接一个数值较大的电容10uF。
在电容未发生变化的之前，正相输入端的电压永远大于反向输入端的电压，比较器的输出+5V，三极管导通，输入单片机信号为低。
当探针接触到液体表面的时候由于其幅值发生较大变化，输入正相输入端的电压突然减小而由于电容两端的电压不能发生突变，导致反向输入端电压高于正相输入端，此时比较器输出为-5V，三极管截止，输入单片机信号为高，TEST3端信号变化如图。
图6 TEST3信号变化但由于电容存储的电荷有限，经过一段时间正相输入端的电压将再次超过反向输入端，所以在接触液体的瞬间可观察到指示灯闪烁一下就立即熄灭。
通过设置单片机电平捕获便可判断探针是否接触到水面。
4．总结以上的思路只是针对液面进行，也就是说探针一接触到液面就会有信号，但无法检测探针进入液体的深度。
不过我们可以对电路进行改造，将比较器电路和电平转换电路去电，然后信号直接接到单片机的ADC引脚上，便可识别进入液面的深度。
电容式导电液体液位传感器
传感器课程设计说明书电容式导电液体液位传感器Capacitive conductive liquid level sensor学院名称：机械工程学院专业班级：学生：学生学号：指导教师：指导教师职称：教授2012年 1 月电容式导电液体液位传感器专业班级：**** 学生：**** 指导老师：**** 职称：****摘要在工业自动化生产过程中，为了实现安全快速有效优质的生产，经常需要对液位进行测量，继而进行自动调节、智能控制使生产结果更趋完善。
通常进行液位测量的方法有二十多种，分为直接法和间接法。
直接液位测量法是以直观的方法检测液位的变化情况，如玻璃管或玻璃板法。
然而随着工业自动化规模的不断扩大，因其方法原始、就地指示、精度低等逐渐被间接测量方法取代。
目前国外工业生产中普遍采用间接的液位测量方法，如浮子式、液压式、电容法、超声波法、磁致伸缩式、光纤等。
其中电容式液位测量价格低廉、结构简单，是间接测量方法中最常用的方法之一。
本设计采用一种简单方便的电容式液位测量方法，电容式传感器是将被测非电量的变化转化为电容变化量的一种传感器,它具有结构简单、分辨力高、可实现非接触测量，并能在高温、辐射和强烈震动等恶劣条件下工作等优点，是很有发展前途的一种传感器。
本电容式液位测量设计方式是用等径的长直圆筒容器，液位的高低正比于导电液体与测杆中导电金属铜之间电容的大小，通过测量电路的转换，就可以很方便地测量出液面的位置。
此课程设计的目的是为了熟练掌握电容传感器的基本知识和各种测量电路的原理运用；基本掌握测量液位方法的基本思路和方法；能够利用所学的基本知识和技能，解决简单的传感器测量问题；培养综合利用传感器进行测量设计的能力。
关键词：液位测量电容式传感器测量电路电容传感器测量目录第一章绪论 (3)1.1引言 (3)1.2电容式液位测量技术的发展 (3)1.2.1 电容式液位测量现状 (3)1.2.2 电容式液位测量存在的问题 (4)1.2.3 电容式液位传感器的发展趋势 (4)第二章实验原理 (5)2.1电容传感器 (5)2.2电容传感器实物图 (6)2.3电路结构 (8)2.4实验所需部件 (8)2.4.1 差动放大器 (8)2.4.1.1 高精度运算放大器的构成 (8)2.4.1.2 OP07CP (9)2.4.2 低通滤波器 (11)2.4.2.1 低通滤波器的构成 (11)2.4.2.2 HA17741 1A1 (11)2.4.3 电容变换器 (12)2.4.3.1 电容变换器的构成 (12)2.4.3.2 CA3140E (14)第三章实验结果及数据处理 (16)3.1初次实验 (16)3.2二次实验 (17)第四章影响液位测量的主要因素 (19)结论和心得体会 (19)致 (20)参考文献 (21)附录：课程设计任务书 (22)第一章绪论1.1 引言在各种化工、食品、石油仓储等工业生产过程中经常要对存储在储仓罐和其它容器中的生产原料及产品液体或固体的体积或高度进行测量和控制，以确保生产的正常进行。
气敏和湿敏传感器21页PPT文档
（1）直接加热式SnO2气敏元件(直热式气敏元件)
由芯片(敏感体和加热器)，基座 和金属防爆网罩三部分组成。因 其热容量小、稳定性差，测量电 路与加热电路间易相互干扰，加 热器与SnO2基体间由于热膨胀系 数的差异而导致接触不良，造成 元件的失效，现已很少使用。
加热极兼电极
SnO2烧结体
3
41
3
1
2
自动检测技术
第三章新型传感器
第一节 气敏传感器 • 气敏传感器的定义：
–是能够感知环境中某种气体及其浓度的一种敏 感器件，它将气体种类及其浓度有关的信息转换 成电信号，根据这些电信号的强弱便可获得与待 测气体在环境中存在情况有关的信息。
气敏传感器可分为半导体气敏传感器、固体电 解质气敏传感器、浓差电池型气敏传感器和组合式 气敏传感器，其中使用最多是半导体气敏传感器。
自动检测技术
一 、半导体式气敏传感器的结构及工作原理
• 半导体式气敏传感器：
–利用半导体气敏元件同气体接触，造成半 导体性质发生变化的原理来检测特定气体的 成分或者浓度
• 半导体式气敏传感器可分为：
–电阻式 –非电阻式
1、分类
半导体式气敏传感器
电阻式
自动检测技术
烧结型 薄膜型
厚膜型
非电阻式
二极管气敏传感器 MOS二极管气敏传感器
一、湿度的定义及其表示方法
湿度，是指大气中水蒸气的含量。通常有如下几种表示法：
绝对湿度（AH）： 绝对湿度是指单位体积空气内所含水蒸
气的质量，其数学表达式为
Ha
mV V
相对湿度（%RH）：相对湿度是指待测空气中实际所含的
水蒸气分压与相同温度下饱和水蒸气压比值的百分数。其
传感器使用说明书
传感器使用说明书传感器概述传感器是按一定规律实现信号检测并将被测量(物理的、化学的和生物的信息)变换为另一种物理量(通常是电量)的器件或仪表。
它既能把非电量变换为电量，也能实现电量之间或非电量之间的互相转换。
换句话说，一切获取信息的仪表器件都可称为传感器。
传感器是自动控制系统必不可少的关键部分。
所有的自动化仪表和装置均需要先经过信息检测才能实现信息的转换、处理和显示，然后达到调节、控制的目的。
离开了传感器，自动化仪表和装置就无法实现其功能。
在国际上，传感技术被列为六大核心技术(计算机、激光、通信、半导体、超导和传感)之一，传感技术也是现代信息技术的三大基础(传感技术、通信技术、计算机技术)之一。
传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成.传感器是将机电一体化产品中被检对象的各种物理变化量变为电信号的一种变换器。
它被用于检测系统自身和作业对象、作业环境的状态，为有效地控制机电一体化产品的动作提供信息。
传感器的种类繁多，按其作用可分为检测机电一体化产品内部状态的内部信息传感器和检测作业对象和外部环境状态的外部信息传感器。
内部信息传感器包括检测位置、速度、力、转矩、温度以及异常变化的传感器。
而外部信息传感器有与人体五感相对应的，也有纯工程性的。
与五感相对应的有接触式的(压觉传感器、滑动觉传感器等)和非接触式的(视觉、听觉传感器等)。
纯工程性的是人体感官所不及的，如电涡流传感器、无线电接收机、超声波测距仪、激光测距仪等。
按输出信号的性质可将传感器划分为开关型(二值型)、模拟型和数字型。
技术参数（1）额定载荷：传感器的额定载荷是指在设计此传感器时，在规定技术指标范围内能够测量的最大负荷。
但实际使用时，一般只用额定量程的2/3～1/3。
（2）灵敏度/额定输出：加额定载荷时和无载荷时，传感器输出信号的差值。
由于传感器的输出信号与所加的激励电压有关，所以灵敏度的以单位mV/V来表示。
（3）灵敏度允差：传感器实际稳定输出对应的标称灵敏度之差对该标称灵敏度的百分比。
家用除湿机简述常用的湿度传感器类型及其原理
家用除湿机简述常用的湿度传感器类型及其原理湿敏元件是最简单的湿度传感器。
湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类。
湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。
湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。
当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。
电子式湿敏传感器的准确度可达2-3%RH，这比干湿球测湿精度高。
湿敏元件的线性度及抗污染性差，在检测环境湿度时，湿敏元件要长期暴露在待测环境中，很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。
这方面没有干湿球测湿方法好。
下面对各种湿度传感器进行简单的介绍。
1、氯化锂湿度传感器（1）电阻式氯化锂湿度计第一个基于电阻-湿度特性原理的氯化锂电湿敏元件是美国标准局的F.W.Dunmore研制出来的。
这种元件具有较高的精度，同时结构简单、价廉，适用于常温常湿的测控等一系列优点。
氯化锂元件的测量范围与湿敏层的氯化锂浓度及其它成分有关。
单个元件的有效感湿范围一般在20％RH 以内。
例如0.05％的浓度对应的感湿范围约为（80～100）％RH ，0.2％的浓度对应范围是（60～80）％RH 等。
由此可见，要测量较宽的湿度范围时，必须把不同浓度的元件组合在一起使用。
可用于全量程测量的湿度计组合的元件数一般为5个，采用元件组合法的氯化锂湿度计可测范围通常为（15～100）％RH，国外有些产品声称其测量范围可达（2 ～100）%RH 。
（2）露点式氯化锂湿度计露点式氯化锂湿度计是由美国的 Forboro 公司首先研制出来的，其后我国和许多国家都做了大量的研究工作。
这种湿度计和上述电阻式氯化锂湿度计形式相似，但工作原理却完全不同。
简而言之，它是利用氯化锂饱和水溶液的饱和水汽压随温度变化而进行工作的。
MSD湿敏元件控制
检查信号线是否接触良好，如有问 题需更换信号线或重新焊接。
维护保养建议
定期清洁传感器表面， 保持干燥和清洁，避 免污染和腐蚀。
定期校准传感器，确 保测量准确度。
定期检查传感器与被 测环境的密封性能， 确保无漏气现象。
定期检查与检测
定期检查传感器读数是否正常，如发现异常应及 时处理。
元件的市场需求将不断增长。
技术创新推动市场发展
02
随着MSD湿敏元件技术的不断创新和改进，将进一步推动市场
的发展和竞争。
应用领域拓展带来新机遇
03
随着MSD湿敏元件应用领域的拓展，将为市场带来新的增长点
和机遇。
THANKtents
• MSD湿敏元件简介 • MSD湿敏元件的特性 • MSD湿敏元件的控制方法 • MSD湿敏元件的校准与标定 • MSD湿敏元件的故障诊断与维护 • MSD湿敏元件的发展趋势与展望
01 MSD湿敏元件简介
MSD湿敏元件的定义
01
MSD湿敏元件是一种能够感应周 围环境湿度变化的电子元件。
MSD湿敏元件的应用领域
MSD湿敏元件广泛应用于气象、环保、 农业、工业等领域。
在工业领域，它可以用于控制和调节生 产过程中的湿度，以确保产品质量和生 产效率。
在农业领域，它可以用于监测土壤湿度 ，以实现节水灌溉和提高作物产量。
在气象监测中，它可以用于测量空气湿 度、露点温度等气象参数。
在环保领域，它可以用于检测气体和液 体的湿度，以控制和优化工业生产过程 中的湿度条件。
稳定性好
MSD湿敏元件经过特殊工艺制造，具有良好的稳定性，不易受环境温度、压力等 其他因素的影响。
稳定性好的湿敏元件能够提供长期稳定的湿度检测和控制，降低维护成本和使用 风险。
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言号与处
理
《传感器世界》
月
刊
今
电容式湿敏元件的转换电路
郝
光宗张汉
杰
口
摘要本文介绍了一种电容式湿敏元件转
换
电路的工作原理和组成分析了误差原因
并采取了相
应
措
施
关键词电容
式湿敏元件转换电路误
差
原因
将调宽脉冲信号滤波便可按式将
相对湿度转换为与之对应的输出电压
。
川
—
高分子薄膜湿敏元件实际上是以介电
常数随环境相对湿度变化的高分子聚合物
为介质构成的电容器元件的电容与环境
相对湿度有一一对应的关系只要能测出
其
值便可检测环境相对湿度
目前电容式湿敏元件产品
的制作工
艺
已
逐渐完善使元件性能指标令人满意其
应用越来越广泛
式中一脉冲信号幅
值
一
脉冲信号周期
一受湿敏电容调制的脉冲宽度
电路组成框图如图所示
多谐振
荡
电
路脉宪检
出
滤
波
电路电
路
一电路的工作原理和组成
由于湿敏元件的电容较小为了减小
潜
布电容的影响湿敏元件应与转换电路尽量
短距离连接这样就需要将转换电路与
湿敏元件组合在一起构成湿度传感器
电容式湿敏元件是一种吸附性元件在
不同相对湿度时的响应有所不同相对湿
度
越大其响应越慢电容式湿敏元件通
常工
作在
恒定频率的振荡回路中通过湿敏电
容
调制振荡电路脉冲信号的宽度最后
图电路组成框图
按此原理组成的电路如图所示
其中
,
为多谐振荡电路为单稳态触发
器
为湿敏电容。是由单稳电路构成的基
值消除电路将其输出信号的脉冲宽
度
设定为相当于相对湿度为的对应值用
来产生测试零点在用输出的脉冲信号
同时触发和的情况下将单稳电路
输出的脉冲信号
和输入到异或门
一九九七
年
第
四
期
今
便可检测出对应于从相对湿度为
开
始变化的脉冲调宽信号其脉冲波形如
图所示
最后经滤波电路便可按
式
得到平均电压输出信号
图中的电位器用来调节零点电
位器用来调节满度值这样当相对湿
度为时可对应输出电压信号为
日
八
图传感器电路图
二关于电路的
精度
由式可见电路输出
信号与
和
有关其中
一
为系数显然想要提高电路检测精度首
先需要多谐振荡器的振荡周期和脉冲信号
幅度稳定而多谐振荡器的工作是基于
回路的动态电压与闽值电压的比较
如图所示由图可见充放电指数曲
线越接近比较闽值其变化就越缓慢
由
于受环境温度变化的影响使得比较闭值
即使稍有变化也会使电路的转换时刻发生
比较明显的改变即信号周
期发生变化
使输出信号产生误差此外脉冲幅
值
一
其中为脉冲信号最高
图脉冲波
形
图
图动态电压与闲值电压比较图
我公司专业生产制造
计算机无线测控系统遥
测
遥信遥调遥
控及压力温度电流
电
压液位变送器产品广泛应用在石油天然气
管道供水供电水文气象等领域
羲囊雍靡颤
霎薰霆羹夔藐羹鑫囊襄鑫
专利号念单价元
应用如普通压力表现场指针显示并具
有
标准信号
输
出
供
压力真空型和
氨
用
型
通讯地址陕西省宝鸡市号
信箱
邮编联系人孙艳芳
电话一传
真
一
开户行工
商行渭滨办事处帐
号
纳
税人识
别号
值为脉冲信号最低值对于半导体
元器
件尤其是器件当温度
升高时
会稍许下降会有所上升从而使
下
降也会使输出信号产生误差为此应对
脉冲信号源采取稳频稳幅措施在实用中
若采用电路构成多谐振荡器则性能
会比电路好这时和的稳定性
基本上取决于电源电压只要对电
源提
出稳定性要求就能基本保证需要必
要时
也可以采用石英晶体多谐振荡电
路
其性能会更佳为简化电路在此只采用
多谐振荡电路
信号
与处理
《传感器世界》
月
刊
今
此外电容式湿敏元件的湿敏特性通
常都具有非线性和温度系数一般来讲特
性如图所示由此可知想要提高检测
精度还要进行非线性校正并采取温度补
偿措施对此要进行得彻底一些电路上就
稍显复杂为了简化电路结构
以
减少传感
器线路板空间只在图的单元中与
湿
敏
电容串联一电容则等效电容为
丛
止
二
泣
用以改善湿敏特性的线性度而在
、之
单元中并联一湿敏电阻,其等效电
阻
为
十
用以对温度变化产生一定的
补偿作用
℃
℃
一
。
℃
力夕另卜甲了付一夕少巾了
一
,
巾夕一卜电子式湿
度
冲夕廿
原理
己
应
用
电
子
技
术第卷第号
张端主编实用电子电路手册
高等
教
育
出
版社
周维新电容式湿度传感器转
换
电路的
研
究第四届全国湿度与水分学术交流
会
论
文
集
一
’
唯
任多
乡
一
一
图元件温度特性曲线
三结束语
本文介绍的电路结构简
单实用在
实际使用过程中精度比较令人满意采用
简单模
拟技术进行校正和补偿对批量性生
产会稍显不利因为会带来一定的校准
工
作
量若配合二次转换电路进一步采取
非线
性校正和温度补偿措施其性能指标还会得
到明显改善
作者简
介
都
光宗张汉杰哈尔滨建筑大学信
箱
读者服务卡编号
口
参考
文献
郝光宗修德
斌电容
式湿度传感器的
线路设计原理及传感器的应用第三届全
国
湿
度与水分学术交流会论
文
集
一
航天总公司第研究院第研
究
所
惯性元件捷联平台惯导
系
统
有线随钻连续测料
系列石英挠性加速度计系列测
斜仪仪
地址北京市信箱经营计划处市
场
部
电话
联系人岳
步江谭俊峰峰
一九九七年第四期